Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Að auki, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Sýnir hringekju með þremur skyggnum í einu.Notaðu Fyrri og Næsta hnappana til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu, eða notaðu sleðahnappana í lokin til að fara í gegnum þrjár skyggnur í einu.
Ryðfrítt stál 304 spólu rör efnasamsetning
304 Ryðfrítt stál Coil Tube er eins konar austenitísk króm-nikkel álfelgur.Samkvæmt ryðfríu stáli 304 spólurörsframleiðandanum er aðalhlutinn í því Cr (17%-19%) og Ni (8%-10,5%).Til að bæta viðnám gegn tæringu er lítið magn af Mn (2%) og Si (0,75%).
| Einkunn | Króm | Nikkel | Kolefni | Magnesíum | Mólýbden | Kísill | Fosfór | brennisteini |
| 304 | 18 – 20 | 8 – 11 | 0,08 | 2 | - | 1 | 0,045 | 0,030 |
Vélrænir eiginleikar ryðfríu stáli 304 spólurör
Vélrænni eiginleikar 304 ryðfríu stáli spólurörsins eru sem hér segir:
- Togstyrkur: ≥515MPa
- Afrakstursstyrkur: ≥205MPa
- Lenging: ≥30%
| Efni | Hitastig | Togstyrkur | Afkastastyrkur | Lenging |
| 304 | 1900 | 75 | 30 | 35 |
Notkun og notkun ryðfríu stáli 304 spólurör
Tiltölulega hár kostnaður við vanadíum redox flæði rafhlöður (VRFB) takmarkar útbreidda notkun þeirra.Bæta verður hreyfihvörf rafefnahvarfa til að auka aflþéttleika og orkunýtni VRFB og lækka þar með kWst kostnað VRFB.Í þessari vinnu voru vökvaðar wolframoxíð (HWO) nanóagnir, C76 og C76/HWO, settar á kolefnisdúka rafskaut og prófaðar sem rafhvatar fyrir VO2+/VO2+ afoxunarhvarfið.Sviðgeislunarskönnun rafeindasmásjár (FESEM), orkudreifandi röntgengreining (EDX), háupplausnar rafeindasmásjárskoðun (HR-TEM), röntgengeislun (XRD), röntgenljósrófsgreining (XPS), innrauð Fourier umbreytingarlitrófsgreiningu (FTIR) og mælingar á snertihorni.Það hefur komið í ljós að viðbót C76 fullerens við HWO getur aukið hreyfihvörf rafskautsins með tilliti til VO2+/VO2+ afoxunarhvarfsins með því að auka leiðni og útvega súrefnisinnihaldandi starfræna hópa á yfirborði þess.HWO/C76 samsetningin (50 wt% C76) reyndist hentugust fyrir VO2+/VO2+ hvarfið með ΔEp upp á 176 mV samanborið við 365 mV fyrir ómeðhöndlaðan kolefnisdúk (UCC).Að auki sýndi HWO/C76 samsetningin marktæka hömlun á sníkjudýra klórþróunarviðbrögðum vegna W-OH virkra hópa.
Mikil mannleg umsvif og hröð iðnbylting hafa leitt til óstöðvandi mikillar eftirspurnar eftir raforku sem vex um 3% á ári1.Í áratugi hefur víðtæk notkun jarðefnaeldsneytis sem orkugjafa leitt til losunar gróðurhúsalofttegunda, sem leiðir til hlýnunar, vatns- og loftmengunar, sem ógnar heilu vistkerfunum.Fyrir vikið er áætlað að árið 2050 verði hlutfall hreinnar endurnýjanlegrar orku og sólarorku um 75% af heildarrafmagni1.Hins vegar, þegar endurnýjanleg orkuframleiðsla fer yfir 20% af heildar raforkuframleiðslu, verður netið óstöðugt 1. Þróun hagkvæmra orkugeymslukerfa er mikilvæg fyrir þessa umskipti, þar sem þau verða að geyma umfram rafmagn og jafnvægi milli framboðs og eftirspurnar.
Meðal allra orkugeymslukerfa eins og blendinga vanadíum redox flæðis rafhlöður2, eru allar vanadíum redox flæðisrafhlöður (VRFB) þær fullkomnustu vegna margra kosta þeirra3 og eru taldar besta lausnin fyrir langtíma orkugeymslu (~30 ár).Notkun endurnýjanlegra orkugjafa4.Þetta er vegna aðskilnaðar afl og orkuþéttleika, hraðvirkrar viðbragðs, langrar líftíma og tiltölulega lágs árskostnaðar upp á $65/kWh samanborið við $93-140/kWh fyrir Li-ion og blýsýru rafhlöður og 279-420 USD/kWh./kWh rafhlöður í sömu röð 4.
Hins vegar er útbreidd markaðssetning þeirra áfram hindruð af tiltölulega háum fjármagnskostnaði kerfisins, aðallega vegna rafhlöðupakka4,5.Þannig getur bætt rafhlöðuafköst með því að auka hreyfihvörf tveggja hálffrumuviðbragða dregið úr rafhlöðustærð og þannig dregið úr kostnaði.Þess vegna er þörf á hröðum rafeindaflutningi á yfirborð rafskautsins, allt eftir hönnun, samsetningu og uppbyggingu rafskautsins, sem þarf að fínstilla vandlega.Þrátt fyrir að rafskaut sem eru byggð á kolefni hafi góðan efnafræðilegan og rafefnafræðilegan stöðugleika og góða rafleiðni, ef þau eru ómeðhöndluð, verða hreyfihvörf þeirra hæg vegna skorts á starfrænum súrefnishópum og vatnssækni7,8.Þess vegna eru ýmsir rafhvatar sameinaðir kolefnisrafskautum, sérstaklega kolefnisnanobyggingum og málmoxíðum, til að bæta hreyfihvörf beggja rafskautanna og auka þannig hreyfifræði VRFB rafskautanna.
Mörg kolefnisefni hafa verið notuð, svo sem kolefnispappír9, kolefnisnanorör10,11,12,13, grafenbyggðir nanóbyggingar14,15,16,17, kolefnisnanotrefjar18 og fleiri19,20,21,22,23, nema fullerenfjölskyldan .Í fyrri rannsókn okkar á C76 greindum við í fyrsta skipti frá frábærri rafhvatavirkni þessa fullerens gagnvart VO2+/VO2+, samanborið við hitameðhöndlaðan og ómeðhöndlaðan kolefnisdúk, hleðsluflutningsþolið minnkaði um 99,5% og 97%24.Hvatavirkni kolefnisefnanna fyrir VO2+/VO2+ hvarfið samanborið við C76 er sýnt í töflu S1.Á hinn bóginn eru mörg málmoxíð eins og CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 og WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 notuð vegna aukinnar vætanleika þeirra og mikils súrefnis.hópa.Tafla S2 sýnir hvarfavirkni þessara málmoxíða í VO2+/VO2+ hvarfinu.WO3 hefur verið notað í umtalsverðum fjölda verka vegna lágs kostnaðar, mikils stöðugleika í súrum miðlum og mikillar hvatavirkni31,32,33,34,35,36,37,38.Hins vegar sýndi WO3 litla bata í bakskautshreyfifræði.Til að bæta leiðni WO3 voru áhrif þess að nota minnkað wolframoxíð (W18O49) á jákvæða rafskautsvirkni prófuð38.Vökvat wolframoxíð (HWO) hefur aldrei verið prófað í VRFB forritum, þó að það hafi sýnt meiri virkni í supercapacitor forritum vegna hraðari katjónadreifingar samanborið við vatnsfrí WOx39,40.Þriðja kynslóð al-vanadíum redox flæði rafhlöðu notar blandað sýru raflausn sem samanstendur af HCl og H2SO4 til að bæta rafhlöðuafköst og bæta leysni og stöðugleika vanadíumjóna í raflausninni.Hins vegar hefur sníkjudýrklórþróunarviðbrögðin orðið einn af ókostum þriðju kynslóðarinnar, svo að finna leiðir til að bæla niður klórmatsviðbrögðin hefur orðið verkefni nokkurra rannsóknarhópa.
Hér voru VO2+/VO2+ hvarfprófanir gerðar á HWO/C76 samsettum efnum sem sett eru á kolefnisdúka rafskaut til þess að finna jafnvægi á milli rafleiðni samsettra efna og afoxunarhvarfahvarfa á yfirborði rafskautsins á meðan bæla niður klórútfellingu sníkjudýra.viðbrögð (KVR).Vökvaðar wolframoxíð (HWO) nanóagnir voru búnar til með einfaldri vatnshitaaðferð.Tilraunir voru gerðar í blönduðum sýru raflausn (H2SO4/HCl) til að líkja eftir þriðju kynslóð VRFB (G3) til hægðarauka og til að kanna áhrif HWO á sníkjudýrklórþróunarviðbrögð42.
Vanadíum(IV) súlfatoxíðhýdrat (VOSO4, 99,9%, Alfa-Aeser), brennisteinssýra (H2SO4), saltsýra (HCl), dímetýlformamíð (DMF, Sigma-Aldrich), pólývínýlídenflúoríð (PVDF, Sigma-Aldrich), natríum Volframoxíð tvíhýdrat (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) og vatnssækinn kolefnisdúkur ELAT (Fuel Cell Store) voru notuð í þessari rannsókn.
Vökvat wolframoxíð (HWO) var framleitt með vatnshitahvarfi þar sem 2 g af Na2WO4 salti voru leyst upp í 12 ml af H2O þar til litlaus lausn fékkst og síðan var 12 ml af 2 M HCl bætt við í dropatali þar til ljósgul sviflausn var var fengin.frestun.Vatnshitahvarfið var framkvæmt í teflonhúðuðum ryðfríu stáli autoclave í ofni við 180°C í 3 klukkustundir.Leifin var safnað með síun, þvegin þrisvar sinnum með etanóli og vatni, þurrkuð í ofni við 70°C í ~3 klst, og síðan mulin til að fá blágrátt HWO duft.
Fengdu (ómeðhöndluðu) kolefnisdúka rafskautin (CCT) voru notuð í því formi sem þau voru fengin í eða látin fara í hitameðhöndlun í slönguofni við 450°C í 10 klst. við hitunarhraða 15°C/mín í lofti til fá meðhöndlaða UCC (TCC), s Sama og fyrri verk 24. UCC og TCC voru skorin í rafskaut um það bil 1,5 cm á breidd og 7 cm að lengd.Sviflausnir af C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 og HWO-50% C76 voru framleiddar með því að bæta 20 mg af virku efnisdufti og 10 þyngdar% (~2,22 mg) af PVDF bindiefni í ~1 ml af DMF útbúið í og hljóðbeitt í 1 klukkustund til að bæta einsleitni.Síðan voru 2 mg af C76, HWO og HWO-C76 samsettum efnum sett á um það bil 1,5 cm2 af UCC virka rafskautssvæðinu.Allir hvatar voru hlaðnir á UCC rafskaut og TCC var eingöngu notað til samanburðar, þar sem fyrri vinna okkar hefur sýnt að hitameðferð er ekki nauðsynleg 24 .Útfelling var náð með því að bursta 100 µl af sviflausninni (hleðsla 2 mg) til að fá meiri einsleitni.Síðan voru öll rafskautin þurrkuð í ofni yfir nótt við 60°C.Rafskautin eru mæld fyrir og eftir til að tryggja nákvæma hleðslu á lager.Til þess að hafa ákveðið rúmfræðilegt flatarmál (~1,5 cm2) og koma í veg fyrir að vanadíumsalta rísi upp í rafskautin vegna háræðaáhrifa, var þunnt lag af paraffíni sett yfir virka efnið.
Rafeindasmásjá (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60,5 kV) var notuð til að fylgjast með yfirborðsformgerð HWO.Orkudreifandi röntgengreining búin Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) var notuð til að kortleggja HWO-50%C76 frumefnin á UCC rafskautunum.Háupplausn rafeindasmásjár (HR-TEM, JOEL JEM-2100) sem starfaði við 200 kV hröðunarspennu var notuð til að ná háupplausnarmyndum og sveifluhringjum HWO agna.Notaðu Crystallographic Tool Box (CrysTBox) hugbúnaðinn til að greina HWO dreifingarhringi með því að nota ringGUI aðgerðina og bera saman niðurstöðurnar við XRD líkön.Uppbygging og grafitgerð UCC og TCC var ákvörðuð með röntgengeislun (XRD) við skannahraða 2,4°/mín frá 5° til 70° með Cu Kα (λ = 1,54060 Å) með því að nota Panalytical röntgenbeygjumæli.(Módel 3600).XRD sýnir kristalbyggingu og fasa HWO.PANalytical X'Pert HighScore hugbúnaðurinn var notaður til að passa HWO toppana við wolframoxíðkortin sem til eru í gagnagrunninum45.Berðu niðurstöður HWO saman við TEM niðurstöður.Efnasamsetning og ástand HWO sýnanna var ákvörðuð með röntgenljósrófsgreiningu (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific).CASA-XPS hugbúnaðurinn (v 2.3.15) var notaður fyrir hámarksaffellingu og gagnagreiningu.Fourier transform innrauð litrófsgreining (FTIR, með Perkin Elmer class KBr FTIR litrófsmæli) voru gerðar til að ákvarða yfirborðsvirknihópa HWO og HWO-50%C76.Berðu niðurstöðurnar saman við XPS niðurstöðurnar.Snertihornsmælingar (KRUSS DSA25) voru einnig notaðar til að einkenna vætanleika rafskautanna.
Fyrir allar rafefnafræðilegar mælingar var Biologic SP 300 vinnustöð notuð.Cyclic voltammetry (CV) og electrochemical impedance spectroscopy (EIS) voru notaðar til að rannsaka rafskautshvörf VO2+/VO2+ redox hvarfsins og áhrif hvarfefnadreifingar (VOSO4 (VO2+)) á hvarfhraða.Báðar tæknirnar nota þriggja rafskauta frumu með raflausnstyrk upp á 0,1 M VOSO4 (V4+) uppleyst í 1 M H2SO4 + 1 M HCl (blandinni sýru).Öll rafefnafræðileg gögn sem kynnt eru eru IR leiðrétt.Mettuð kalómel rafskaut (SCE) og platínu (Pt) spóla voru notuð sem viðmiðunar- og mótrafskaut, í sömu röð.Fyrir CV, skannahraða (ν) 5, 20 og 50 mV/s var beitt á hugsanlegan glugga (0–1) V samanborið við SCE fyrir VO2+/VO2+, síðan leiðrétt á SHE kvarðanum til að plotta (VSCE = 0,242 V miðað við HSE).Til að kanna varðveislu rafskautavirkni var endurvinnsla á CV gerð á UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO og UCC-HWO-50% C76 við ν jöfn 5 mV/s.Fyrir EIS mælingar fyrir VO2+/VO2+ afoxunarhvarfið var notað tíðnisvið 0,01-105 Hz og 10 mV truflun á opnu spennu (OCV).Hver tilraun var endurtekin 2-3 sinnum til að tryggja samkvæmni niðurstaðna.Misleitu hraðafastarnir (k0) voru fengnir með Nicholson aðferð46,47.
Vökvað wolframoxíð (HVO) hefur verið framleitt með góðum árangri með vatnshitunaraðferðinni.SEM mynd á mynd.1a sýnir að útfellt HWO samanstendur af klösum nanóagna með kornastærð á bilinu 25–50 nm.
Röntgengeislunarmynstur HWO sýnir toppa (001) og (002) við ~23,5° og ~47,5°, í sömu röð, sem eru einkennandi fyrir óstoichiometric WO2.63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21,4 Å, b = 17,8 Å, c = 3,8 Å, α = β = γ = 90°), sem samsvarar bláum lit hans (mynd 1b)48,49.Aðrir toppar við um það bil 20,5°, 27,1°, 28,1°, 30,8°, 35,7°, 36,7° og 52,7° eru við (140), (620), (350), (720), (740), (560).og (970) dreifingarplan, í sömu röð, 49 orthorhombic WO2.63.Songara o.fl.43 notuðu sömu gerviaðferð til að fá hvíta vöru, sem var rakin til tilvistar WO3(H2O)0.333.Hins vegar, í þessari vinnu, vegna mismunandi aðstæðna, fékkst blágrá afurð sem gefur til kynna sambúð WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7 ) í Å , α = β = γ = 90°) og afoxað form wolframoxíðs.Hálfmagnsgreining með X'Pert HighScore hugbúnaði sýndi 26% WO3(H2O)0,333: 74% W32O84.Þar sem W32O84 samanstendur af W6+ og W4+ (1,67:1 W6+:W4+), er áætlað innihald W6+ og W4+ um 72% W6+ og 28% W4+, í sömu röð.SEM myndir, 1 sekúndu XPS litróf á kjarnastigi, TEM myndir, FTIR litróf og Raman litróf C76 agna voru kynntar í fyrri grein okkar24.Samkvæmt Kawada et al.50,51 sýnir röntgengeislunarmynstur C76 einklíníska uppbyggingu FCC eftir að tólúen hefur verið fjarlægt.
SEM myndir á mynd.2a og b sýna árangursríka útfellingu HWO og HWO-50%C76 á og á milli koltrefja UCC rafskautanna.Frumefnakortlagning á wolfram, kolefni og súrefni í SEM myndinni á mynd 2c er sýnd á mynd.2d–f sem sýnir að wolfram og kolefni eru jafnt blandað (sem sýnir svipaða dreifingu) yfir rafskautsyfirborðið og samsetningin er ekki sett jafnt út.vegna eðlis úrkomuaðferðarinnar.
SEM myndir af útfelldum HWO ögnum (a) og HWO-C76 ögnum (b).EDX kortlagning hlaðið upp á HWO-C76 á UCC með því að nota svæðið á mynd (c) sýnir dreifingu wolfram (d), kolefnis (e) og súrefnis (f) í sýninu.
HR-TEM var notað fyrir myndatöku með mikilli stækkun og kristölfræðiupplýsingar (mynd 3).HWO sýnir formgerð nanókubba eins og sýnt er á mynd 3a og betur á mynd 3b.Með því að stækka nanókubbinn fyrir dreifingu á völdu svæði, er hægt að sjá rist uppbyggingu og sveifluplan sem uppfylla lögmál Braggs eins og sýnt er á mynd 3c, sem staðfestir kristöllun efnisins.Í innskotinu á mynd 3c sýnir fjarlægðin d 3,3 Å sem samsvarar (022) og (620) sveifluplanum í WO3(H2O)0,333 og W32O84, 43, 44, 49 fasum, í sömu röð.Þetta er í samræmi við ofangreinda XRD greiningu (Mynd 1b) þar sem mæld grindarplansfjarlægð d (Mynd 3c) samsvarar sterkasta XRD toppnum í HWO sýninu.Sýnahringir eru einnig sýndir á mynd.3d, þar sem hver hringur samsvarar sérstöku plani.WO3(H2O)0.333 og W32O84 planin eru lituð hvít og blá, í sömu röð, og samsvarandi XRD toppar þeirra eru einnig sýndir á mynd 1b.Fyrsti hringurinn sem sýndur er í hringmynstrinu samsvarar fyrsta merkta toppnum í röntgenmyndamynstri (022) eða (620) sveifluplansins.Frá (022) til (402) hringjum fundust d-fjarlægðir 3,30, 3,17, 2,38, 1,93 og 1,69 Å, sem eru í samræmi við XRD gildi 3,30, 3,17, 2,45, 1,93 og 1,66.Å, 44, 45, í sömu röð.
(a) HR-TEM mynd af HWO, (b) sýnir stækkaða mynd.Myndir af ristplanunum eru sýndar í (c), og innskot (c) sýnir stækkaða mynd af planunum og bilið d 0,33 nm sem samsvarar (002) og (620) planunum.(d) HWO hringamynstur sem sýnir flötin sem tengjast WO3(H2O)0,333 (hvítt) og W32O84 (blá) fasa.
XPS greining var gerð til að ákvarða yfirborðsefnafræði og oxunarástand wolframs (myndir S1 og 4).Litrófið á breitt svið XPS skönnun á tilbúnu HWO er sýnt á mynd.S1, sem gefur til kynna tilvist wolfram.XPS þröngskanna litróf helstu W 4f og O 1s stiga eru sýnd á myndum.4a og b, í sömu röð.W 4f litrófið er skipt í tvo snúningsbrautardúbletta sem samsvara bindiorku oxunarástandsins W. Topparnir W 4f5/2 og W 4f7/2 við bindiorku 37,8 og 35,6 eV tilheyra W6+ og topparnir W 4f5/2 og W 4f7/2 við 36,6 og 34,9 eV eru einkennandi fyrir W4+ ástandið, í sömu röð.Tilvist oxunarástandsins (W4+) staðfestir enn frekar myndun óstókiómetrísks WO2.63, en tilvist W6+ gefur til kynna stoichiometric WO3 vegna WO3(H2O)0.333.Uppsettu gögnin sýndu að lotuhlutfall W6+ og W4+ voru 85% og 15%, í sömu röð, sem voru tiltölulega nálægt þeim gildum sem áætlað var út frá XRD gögnum, miðað við muninn á tækninni tveimur.Báðar aðferðirnar veita magnupplýsingar með lítilli nákvæmni, sérstaklega XRD.Að auki greina aðferðirnar tvær mismunandi hluta efnisins vegna þess að XRD er magnaðferð á meðan XPS er yfirborðsaðferð sem nálgast aðeins nokkra nanómetra.O 1s litrófið skiptist í tvo toppa við 533 (22,2%) og 530,4 eV (77,8%).Hið fyrra samsvarar OH og hið síðara súrefnistengi í grindunum í WO.Tilvist OH virkra hópa er í samræmi við vökvaeiginleika HWO.
FTIR greining var einnig gerð á þessum tveimur sýnum til að kanna tilvist virkra hópa og samræmdra vatnssameinda í vökvaðri HWO byggingu.Niðurstöðurnar sýna að HWO-50% C76 sýni og FT-IR HWO niðurstöður líta eins út vegna nærveru HWO, en styrkleiki toppanna er mismunandi vegna mismunandi magns sýnis sem notað er við undirbúning fyrir greiningu (Mynd 5a) ).HWO-50% C76 Allir fulleren 24 toppar eru sýndir fyrir utan wolframoxíð toppinn.Nánar í mynd.5a sýnir að bæði sýnin sýna mjög sterkt breitt band við ~710/cm, sem rekja má til OWO teygja titrings í HWO grindarbyggingunni, og sterka öxl við ~840/cm, sem rekja má til WO.skarpa bandið við ~1610/cm tengist beygju titringi OH, og breitt frásogsband við ~3400/cm tengist teygju titringi OH í hýdroxýlhópnum43.Þessar niðurstöður eru í samræmi við XPS litrófið á mynd 4b, þar sem WO starfræni hópurinn getur veitt virka staði fyrir VO2+/VO2+ viðbrögðin.
FTIR greining á HWO og HWO-50% C76 (a) sem sýnir virknihópa og mælingar á snertihorni (b, c).
OH hópurinn getur einnig hvatað VO2+/VO2+ hvarfið og þar með aukið vatnssækni rafskautsins og þannig stuðlað að dreifingu og rafeindaflutningshraða.HWO-50% C76 sýnin sýnir viðbótar C76 topp eins og sýnt er á myndinni.Hægt er að tengja toppana við ~2905, 2375, 1705, 1607 og 1445 cm3 til CH, O=C=O, C=O, C=C og CO teygjanlegt titring, í sömu röð.Það er vel þekkt að súrefnisvirknihóparnir C=O og CO geta þjónað sem virkar miðstöðvar fyrir afoxunarhvörf vanadíns.Til að prófa og bera saman vætanleika rafskautanna tveggja voru snertihornsmælingar notaðar eins og sýnt er á mynd 5b, c.HWO rafskautið gleypir strax vatnsdropa, sem gefur til kynna ofurvatnssækni vegna tiltækra OH virkra hópa.HWO-50% C76 er vatnsfælna, með snertihorn upp á um 135° eftir 10 sekúndur.Hins vegar, í rafefnafræðilegum mælingum, var HWO-50%C76 rafskautið alveg blautt á innan við mínútu.Mælingarnar á vætuhæfni eru í samræmi við XPS og FTIR niðurstöður, sem benda til þess að fleiri OH hópar á HWO yfirborðinu geri það hlutfallslega vatnssækna.
VO2+/VO2+ viðbrögð HWO og HWO-C76 nanósamsettra efna voru prófuð og búist var við að HWO myndi bæla þróun klórgass sem á sér stað við VO2+/VO2+ viðbrögð í blönduðum sýrum, en C76 myndi hvetja enn frekar æskilegt VO2+/VO2+.HWO sviflausnir sem innihéldu 10%, 30% og 50% C76 voru settar á UCC rafskaut með heildarálagi um 2 mg/cm2.
Eins og sýnt er á mynd.6, var hreyfihvörf VO2+/VO2+ hvarfsins á yfirborði rafskautsins skoðuð með því að nota CV í blönduðum súrum raflausnum.Straumar eru sýndir sem I/Ipa til að auðvelda samanburð á ΔEp og Ipa/Ipc.Ýmsir hvatar eru fengnir beint úr myndinni.Núverandi svæðiseiningargögn eru sýnd á mynd 2S.Á mynd.Mynd 6a sýnir að HWO eykur örlítið rafeindaflutningshraða VO2+/VO2+ afoxunarhvarfsins á yfirborði rafskautsins og bælir viðbrögð við þróun klórs af sníkjudýrum.Hins vegar eykur C76 rafeindaflutningshraðann verulega og hvetur klórþróunarviðbrögðin.Þess vegna ætti flókið með rétta samsetningu HWO og C76 að hafa bestu virkni og hæsta getu til að hamla klórhvarfinu.Það kom í ljós að eftir aukningu á C76 innihaldinu batnaði rafefnafræðileg virkni rafskautsins, eins og sést af lækkun á ΔEp og aukningu á Ipa/Ipc hlutfalli (tafla S3).Þetta var einnig staðfest af RCT gildunum sem dregin voru út úr Nyquist söguþræðinum á mynd 6d (tafla S3), þar sem kom í ljós að RCT gildin lækkuðu með auknu innihaldi C76.Þessar niðurstöður eru einnig í samræmi við rannsókn Lee þar sem viðbót á mesoporous kolefni við mesoporous WO3 bætti hleðsluflutningshraða á VO2+/VO2+35.Þetta bendir til þess að jákvæð viðbrögð kunni að ráðast meira af leiðni rafskautsins (C=C tengi)18,24,35,36,37.Vegna breytinga á samhæfingarrúmfræði milli [VO(H2O)5]2+ og [VO2(H2O)4]+ getur C76 einnig dregið úr svörun ofálags með því að draga úr vefjaorku.Hins vegar gæti þetta ekki verið mögulegt með HWO rafskautum.
(a) Hringlaga rafmælingahegðun UCC og HWO-C76 samsettra efna með mismunandi HWO:C76 hlutföllum í VO2+/VO2+ viðbrögðum í 0,1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl raflausn (við ν = 5 mV/s).(b) Randles-Sevchik og (c) VO2+/VO2+ aðferð Nicholsons til að meta skilvirkni dreifingar og fá k0 gildi (d).
HWO-50% C76 sýndi ekki aðeins næstum sömu rafhvatavirkni og C76 fyrir VO2+/VO2+ hvarfið, heldur bældi það að auki þróun klórgass samanborið við C76, eins og sést á myndinni.6a, auk þess að sýna minni hálfhringinn á mynd.6g (lægri RCT).C76 sýndi hærra sýnilega Ipa/Ipc en HWO-50% C76 (tafla S3), ekki vegna bættrar afturkræfni viðbragða, heldur vegna skörunar við klórminnkunartoppinn við 1,2 V miðað við SHE.Besta frammistaða HWO-50% C76 er rakin til samlegðaráhrifa á milli neikvætt hlaðna, mjög leiðandi C76 og mikillar bleyta og hvatavirkni W-OH á HWO.Þó minni klórlosun muni bæta hleðsluskilvirkni fullrar frumunnar, mun bætt hreyfihvörf auka skilvirkni fullrar frumuspennu.
Samkvæmt jöfnu S1 er hámarksstraumurinn (IP) háður fjölda rafeinda (n), flatarmál rafskauta (A), dreifingarstuðul (D), fjölda fyrir hálfafturkræf (tiltölulega hægur rafeindaflutningur) hvarf sem er stjórnað af dreifingu. flutningsstuðull rafeinda (α) og skannahraða (ν).Til þess að rannsaka dreifingarstýrða hegðun prófuðu efnanna var sambandið milli IP og ν1/2 teiknað og sýnt á mynd 6b.Þar sem öll efni sýna línulegt samband er hvarfinu stjórnað með dreifingu.Þar sem VO2+/VO2+ hvarfið er hálfafturkræft fer halli línunnar eftir útbreiðslustuðlinum og gildi α (jöfnu S1).Vegna stöðugs dreifingarstuðuls (≈ 4 × 10–6 cm2/s)52 gefur munur á línuhalla beint til kynna mismunandi gildi α og þar af leiðandi mismunandi hraða rafeindaflutnings á yfirborð rafskautsins, með C76 og HWO -50 % C76, sem sýnir bröttustu brekkurnar (hæsta rafeindaflutningshraðann).
Reiknaðar lágtíðni Warburg hallar (W) sýndar í töflu S3 (Mynd 6d) hafa gildi nálægt 1 fyrir öll efni, sem gefur til kynna fullkomna dreifingu redox agna og staðfestir línulega hegðun IP á móti ν1/2 fyrir CV .mælingar.Fyrir HWO-50% C76 víkur Warburg halla frá einingu í 1,32, sem bendir til framlags ekki aðeins frá hálf-óendanlega dreifingu hvarfefna (VO2+), heldur einnig mögulega þunnlaga hegðun í dreifingarhegðun vegna rafskauta.
Til að greina frekar afturkræfni (rafeindaflutningshraða) VO2+/VO2+ afoxunarhvarfsins var Nicholson hálfafturkræf hvarfaðferð einnig notuð til að ákvarða staðalhraðafastann k041.42.Þetta er gert með því að teikna víddarlausu hreyfibreytuna Ψ sem fall af ΔEp sem fall af ν−1/2 með því að nota S2 jöfnuna.Tafla S4 sýnir Ψ gildin sem myndast fyrir hvert rafskautsefni.Teiknaðu niðurstöðurnar (Mynd 6c) til að fá k0 × 104 cm/s (skrifað við hliðina á hverri röð og sýnd í töflu S4) með því að nota jöfnu S3 fyrir halla hvers lóðar.HWO-50% C76 reyndist hafa hæsta hallann (mynd 6c) og þar með hæsta k0 gildið 2,47 × 10–4 cm/s.Þetta þýðir að þetta rafskaut veitir hraðvirkustu hreyfihvörf í samræmi við niðurstöður CV og EIS á myndum 6a og d og töflu S3.Að auki voru k0 gildin einnig fengin úr Nyquist reitum (mynd 6d) í jöfnu S4 með því að nota RCT gildin (tafla S3).Þessar k0 niðurstöður frá EIS eru teknar saman í töflu S4 og sýna einnig að HWO-50% C76 sýnir hæsta rafeindaflutningshraðann vegna samlegðaráhrifa.Jafnvel þó að gildi k0 sé mismunandi vegna mismunandi uppruna hverrar aðferðar sýnir það samt sömu stærðarröð og sýnir samræmi.
Til að skilja að fullu þá frábæru hreyfihvörf sem hægt er að ná er mikilvægt að bera saman besta rafskautsefnið við óeinangruð UCC og TCC rafskaut.Fyrir VO2+/VO2+ viðbrögðin sýndi HWO-C76 ekki aðeins lægsta ΔEp og betri afturkræfni, heldur bældi einnig sníkjudýrklórþróunarviðbrögðin verulega samanborið við TCC, eins og gefið er til kynna með marktæku straumfalli við 1,45 V samanborið við sjá OHA (mynd. 7a).Hvað varðar stöðugleika, gerðum við ráð fyrir að HWO-50% C76 væri líkamlega stöðugt vegna þess að hvatinn var blandaður við PVDF bindiefni og síðan settur á kolefnisdúka rafskautin.Í samanburði við 50 mV fyrir UCC sýndi HWO-50% C76 hámarksbreytingu upp á 44 mV eftir 150 lotur (niðurbrotshraði 0,29 mV/lotu) (Mynd 7b).Það er kannski ekki mikill munur, en hreyfifræði UCC rafskauta er mjög hæg og minnkar við hjólreiðar, sérstaklega fyrir bakviðbrögð.Þrátt fyrir að afturkræfni TCC sé mun betri en UCC, reyndist TCC hafa mikla toppfærslu upp á 73 mV eftir 150 lotur, sem gæti stafað af miklu magni klórs sem losnar frá yfirborði þess.Til að tryggja að hvatinn festist vel við yfirborð rafskautsins.Eins og sést á öllum rafskautum sem prófuð eru, sýna jafnvel þau sem eru án stuðningshvata mismikinn óstöðugleika í hjólreiðum, sem bendir til þess að breytingar á hámarksskilum meðan á hjólreiðum stendur séu vegna óvirkjunar efnis vegna efnabreytinga frekar en aðskilnaðar hvata.Einnig, ef mikið magn af hvataögnum yrði aðskilið frá yfirborði rafskautsins, myndi það leiða til verulegrar aukningar á hámarksskilnaði (ekki aðeins um 44 mV), þar sem hvarfefnið (UCC) er tiltölulega óvirkt fyrir VO2+/VO2+ redoxviðbrögð.
Samanburður á CV (a) og stöðugleika redoxhvarfsins VO2+/VO2+ (b) ákjósanlegasta rafskautsefnisins með tilliti til CCC.Í raflausninni 0,1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl eru öll CVs jöfn ν = 5 mV/s.
Til að auka efnahagslegt aðdráttarafl VRFB tækni er nauðsynlegt að bæta og skilja hreyfihvörf vanadín redox hvarfsins til að ná mikilli orkunýtni.Samsett efni HWO-C76 voru útbúin og rafhvataáhrif þeirra á VO2+/VO2+ hvarfið rannsökuð.HWO sýndi litla hreyfiaukningu en bældi verulega þróun klórs í blönduðum súrum raflausnum.Ýmis hlutföll af HWO:C76 voru notuð til að fínstilla enn frekar hreyfihvörf rafskauta sem byggja á HWO.Aukið innihald C76 í HWO getur bætt rafeindaflutningshvörf VO2+/VO2+ hvarfsins á breyttu rafskautinu, þar á meðal er HWO-50% C76 besta efnið vegna þess að það lækkar hleðsluflutningsviðnám og bælir frekar klórgasþróun samanborið við C76.og TCC eru gefin út.Þetta var vegna samlegðaráhrifa milli C=C sp2 blendingar, OH og W-OH virkra hópa.Niðurbrotshraði HWO-50% C76 reyndist vera 0,29mV/hringrás undir mörgum hjólförum á meðan UCC og TCC eru 0,33mV/hringrás og 0,49mV/hringrás í sömu röð, sem gerir það mjög stöðugt í blönduðum sýrusöltum.Niðurstöðurnar sem kynntar eru auðkenna hágæða rafskautsefni fyrir VO2+/VO2+ viðbrögðin með hröðum hreyfihvörfum og miklum stöðugleika.Þetta mun auka úttaksspennuna og bæta þar með aflnýtni VRFB og draga þannig úr kostnaði við framtíðarmarkaðssetningu þess.
Gagnasöfnin sem notuð eru og/eða greind í yfirstandandi rannsókn eru fáanleg hjá viðkomandi höfundum gegn sanngjörnum beiðni.
Luderer G. o.fl.Mat á vind- og sólarorku í alþjóðlegum lágkolefnisorkusviðum: kynning.Orkuhagfræði.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
Lee, HJ, Park, S. og Kim, H. Greining á áhrifum MnO2 útfellingar á frammistöðu vanadín mangan redox flæði rafhlöður.J. Rafefnafræði.samfélag.165(5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA og Walsh, FK Dynamic einingafrumulíkan fyrir vanadíum redoxflæðisrafhlöðu.J. Rafefnafræði.samfélag.158(6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA og Mench, MM. Möguleg dreifingarmæling og sannprófunarlíkan fyrir vanadíum redoxflæðisrafhlöðu á staðnum.J. Rafefnafræði.samfélag.163(1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
Tsushima, S. og Suzuki, T. Líkanagerð og eftirlíking af vanadíum redox rafhlöðu með samfléttu flæðisviði til að hámarka rafskautsbygginguna.J. Rafefnafræði.samfélag.167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
Sun, B. og Skillas-Kazakos, M. Breyting á grafít rafskautsefnum til notkunar í vanadíum Redox rafhlöðum – I. Hitameðferð.rafefnafræði.Lög 37(7), 1253–1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
Liu, T., Li, S., Zhang, H. og Chen, J. Framfarir í rafskautsefnum til að bæta aflþéttleika í vanadíumflæðisrafhlöðum (VFB).J. Orkuefnafræði.27(5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
Liu, QH o.fl.Hár skilvirkni vanadíum redox flæðisfruma með bjartsýni rafskautsstillingar og himnuvals.J. Rafefnafræði.samfélag.159(8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
Wei, G., Jia, K., Liu, J., og Yang, K. Samsett kolefni nanórör hvata rafskaut með kolefnisfiltstuðningi fyrir notkun vanadíum redox rafhlöðu.J. Aflgjafi.220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
Moon, S., Kwon, BV, Chang, Y. og Kwon, Y. Áhrif bismútsúlfats sem sett er á sýrð CNTs á frammistöðu vanadíum redox flæðisrafhlöðu.J. Rafefnafræði.samfélag.166(12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
Huang, R.-H.bíddu.Virk rafskaut breytt með platínu/fjölveggja kolefnis nanórör fyrir vanadíum redox flæðisrafhlöður.J. Rafefnafræði.samfélag.159(10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
En, S. o.fl.Vanadíum redox flæðisrafhlaðan notar rafhvata skreytta köfnunarefnisdópuðum kolefnis nanórörum sem unnin eru úr málmlífrænum vinnupallum.J. Rafefnafræði.samfélag.165(7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
Khan, P. o.fl.Grafenoxíð nanóblöð sem framúrskarandi rafefnafræðilega virk efni fyrir VO2+/ og V2+/V3+ redoxpör fyrir vanadíum redoxflæðisrafhlöður.Kolefni 49(2), 693–700.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
Gonzalez, Z. o.fl.Frábær rafefnafræðileg frammistaða grafen-breytts grafítfilts fyrir vanadíum redox rafhlöður.J. Aflgjafi.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
González Z., Vizirianu S., Dinescu G., Blanco S. og Santamaria R. Carbon nanóveggfilmur sem nanóskipuð rafskautsefni í vanadíum redoxflæðisrafhlöðum.Nano Energy 1(6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J. og Yung H. Þrívídd grafen-breytt mesoporous kolefnisfilti fyrir hágæða vanadíum redox flæðisrafhlöður.rafefnafræði.Lög 330, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).
Birtingartími: 23-2-2023